NMR原理

核磁共振现象来源于原子核的自旋角动量在外加磁场作用下的进动。

根据量子力学原理，原子核与电子一样，也具有自旋角动量，其自旋角动量的具体数值由原子核的自旋量子数决定，实验结果显示，不同类型的原子核自旋量子数也不同：

质量数和质子数均为偶数的原子核，自旋量子数为0

质量数为奇数的原子核，自旋量子数为半整数

质量数为偶数，质子数为奇数的原子核，自旋量子数为整数

迄今为止，只有自旋量子数等于1/2的原子核，其核磁共振信号才能够被人们利用，经常为人们所利用的原子核有：1H、11B、13C、17O、19F、31P

由于原子核携带电荷，当原子核自旋时，会由自旋产生一个磁矩，这一磁矩的方向与原子核的自旋方向相同，大小与原子核的自旋角动量成正比。将原子核置于外加磁场中，若原子核磁矩与外加磁场方向不同，则原子核磁矩会绕外磁场方向旋转，这一现象类似陀螺在旋转过程中转动轴的摆动，称为进动。进动具有能量也具有一定的频率。

原子核进动的频率由外加磁场的强度和原子核本身的性质决定，也就是说，对于某一特定原子，在一定强度的的外加磁场中，其原子核自旋进动的频率是固定不变的。

原子核发生进动的能量与磁场、原子核磁矩、以及磁矩与磁场的夹角相关，根据量子力学原理，原子核磁矩与外加磁场之间的夹角并不是连续分布的，而是由原子核的磁量子数决定的，原子核磁矩的方向只能在这些磁量子数之间跳跃，而不能平滑的变化，这样就形成了一系列的能级。当原子核在外加磁场中接受其他来源的能量输入后，就会发生能级跃迁，也就是原子核磁矩与外加磁场的夹角会发生变化。这种能级跃迁是获取核磁共振信号的基础。

为了让原子核自旋的进动发生能级跃迁，需要为原子核提供跃迁所需要的能量，这一能量通常是通过外加射频场来提供的。根据物理学原理当外加射频场的频率与原子核自旋进动的频率相同的时候，射频场的能量才能够有效地被原子核吸收，为能级跃迁提供助力。因此某种特定的原子核，在给定的外加磁场中，只吸收某一特定频率射频场提供的能量，这样就形成了一个核磁共振信号。

NMR技术即核磁共振谱技术，是将核磁共振现象应用于分子结构测定6的一项技术。对于有机分子结

构测定来说，核磁共振谱扮演了非常重要的角色，核磁共振谱与紫外光谱、红外光谱和质谱一起被有机化学家们称为“四大名谱”。目前对核磁共振谱的研究主要集中在1H和13C两类原子核的图谱。

对于孤立原子核而言，同一种原子核在同样强度的外磁场中，只对某一特定频率的射频场敏感。但是处于分子结构中的原子核，由于分子中电子云分布等因素的影响，实际感受到的外磁场强度往往会发生一定程度的变化，而且处于分子结构中不同位置的原子核，所感受到的外加磁场的强度也各不相同，这种分子中电子云对外加磁场强度的影响，会导致分子中不同位置原子核对不同频率的射频场敏感，从而导致核磁共振信号的差异，这种差异便是通过核磁共振解析分子结构的基础。原子核附近化学键和电子云的分布状况称为该原子核的化学环境，由于化学环境影响导致的核磁共振信号频率位置的变化称为该原子核的化学位移。

耦合常数是化学位移之外核磁共振谱提供的的另一个重要信息，所谓耦合指的是临近原子核自旋角动量的相互影响，这种原子核自旋角动量的相互作用会改变原子核自旋在外磁场中进动的能级分布状况，造成能级的裂分，进而造成NMR谱图中的信号峰形状发生变化，通过解析这些峰形的变化，可以推测出分子结构中各原子之间的连接关系。

最后，信号强度是核磁共振谱的第三个重要信息，处于相同化学环境的原子核在核磁共振谱中会显示为同一个信号峰，通过解析信号峰的强度可以获知这些原子核的数量，从而为分子结构的解析提供重要信息。表征信号峰强度的是信号峰的曲线下面积积分，这一信息对于1H-NMR谱尤为重要，而对于13C-NM R谱而言，由于峰强度和原子核数量的对应关系并不显著，因而峰强度并不非常重要。

早期的核磁共振谱主要集中于氢谱，这是由于能够产生核磁共振信号的1H原子在自然界丰度极高，由其产生的核磁共振信号很强，容易检测。随着傅立叶变换技术的发展，核磁共振仪可以在很短的时间内同时发出不同频率的射频场，这样就可以对样品重复扫描，从而将微弱的核磁共振信号从背景噪音中区分出来，这使得人们可以收集13C核磁共振信号。

近年来，人们发展了二维核磁共振谱技术，这使得人们能够获得更多关于分子结构的信息，目前二维核磁共振谱已经可以解析分子量较小的蛋白质分子的空间结构。

MRI技术

参见核磁共振成像

核磁共振成像技术是核磁共振在医学领域的应用。人体内含有非常丰富的水，不同的组织，水的含量也各不相同，如果能够探测到这些水的分布信息，就能够绘制出一幅比较完整的人体内部结构图像，核磁共振成像技术就是通过识别水分子中氢原子信号的分布来推测水分子在人体内的分布，进而探测人体内部结构的技术。

与用于鉴定分子结构的核磁共振谱技术不同，核磁共振成像技术改编的是外加磁场的强度，而非射频场的频率。核磁共振成像仪在垂直于主磁场方向会提供两个相互垂直的梯度磁场，这样在人体内磁场的分布就会随着空间位置的变化而变化，每一个位置都会有一个强度不同、方向不同的磁场，这样，位于人体不同部位的氢原子就会对不同的射频场信号产生反应，通过记录这一反应，并加以计算处理，可以获得水分子在空间中分布的信息，从而获得人体内部结构的图像。

核磁共振成像技术还可以与X射线断层成像技术（CT）结合为临床诊断和生理学、医学研究提供重要数据。

核磁共振成像技术是一种非介入探测技术，相对于X-射线透视技术和放射造影技术，MRI对人体没有辐射影响，相对于超声探测技术，核磁共振成像更加清晰，能够显示更多细节，此外相对于其他成像技术，核磁共振成像不仅仅能够显示有形的实体病变，而且还能够对脑、心、肝等功能性反应进行精确的判定。在帕金森氏症、阿尔茨海默氏症、癌症等疾病的诊断方面，MRI技术都发挥了非常重要的作用。

MRS技术

参见核磁共振测深

核磁共振探测是MRI技术在地质勘探领域的延伸，通过对地层中水分布信息的探测，可以确定某一地层下是否有地下水存在，地下水位的高度、含水层的含水量和孔隙率等地层结构信息。

目前核磁共振探测技术已经成为传统的钻探探测技术的补充手段，并且应用于滑坡等地质灾害的预防工作中，但是相对于传统的钻探探测，核磁共振探测设备购买、运行和维护费用非常高昂，这严重地限制了MRS技术在地质科学中的应用。

智能仪器原理及应用

《智能仪器原理及应用》测试题 一、填空题（每空1分共25分） 1、模拟量输入通道包括、。 2、为了将A/D转换器中的运算放大器和比较器的漂移电压降低，常采用 技术。 3、克服键抖动常采用的措施、。 4、总线收发器的作用。 5、最基本的平均滤波程序是，改进型 有、、。 6、多斜式积分器有，其优点是，还有一种是，其作用是。 7、在通用计算机上添加几种带共性的基本仪器硬件模块，通过软件来组合成各种功能的仪器或系统的仪器称为 或。 8、ADC0809，假定REF+=+5V，VREF-接地，则模拟输入为1V时，转换成的数字量为，若REF+=+2.5V，VREF-接地则模拟输入为1V时，转换成的数字量为 9、数字存储示波器可预置四种触发方 式、、、。 10、智能仪器自检方式有三种、、。 二、简答（每题5分共35分） 1、简述自由轴法测量原理。 2、系统误差的处理方法。 3、简述三线挂钩过程及作用。 4、智能仪器的设计要点。 5、若示波器屏幕的坐标刻度为8×10div，采用10位A/D，2K 存储器，则该示波器的垂直与水平分辨率各为多少？

6、简述线路反转法原理。 7、简述D/A双极性输出电路原理 三、综合 1、（20分）在一自动控制系统中，有温度、压力、流量三个待测量，试设计一测量电路，要求使用8位A/D，4位LED及相关逻辑电路。 （1）画出硬件连接图 （2）写出器件型号（CPU、A/D） （3）根据连接图，写出三通道的地址。 （4）简述测量过程。 2、（20分）下图为某一通用计数器框图 (1) 要测量10Hz的信号，试计算应选用的时标及闸门时间。 (2) 简述测量过程 (3) 其最大计数误差是多少？ (4)为减小误差，应采用什么方法？ 《智能仪器设计基础》试题 一、判断题（每题 2 分，共 20 分） 1. 因中值滤波满足比例不变性，所以是线性的滤波器。（） 2. 基准电压Vr 的精度和稳定性影响零位误差、增益误差的校正效果。（） 3. 测量获得一组离散数据建立近似校正模型，非线性校正精度与离散数据精度无关，仅与建模方法有关。（）

各种仪器原理及应用

紫外可见分光光度计的原理与应用 1.原理 物质的吸收光谱本质上就是物质中的分子和原子吸收了入射光中的某些特定波长的光能量，相应地发生了分子振动能级跃迁和电子能级跃迁的结果。由于各种物质具有各自不同的分子、原子和不同的分子空间结构，其吸收光能量的情况也就不会相同，因此，每种物质就有其特有的、固定的吸收光谱曲线，可根据吸收光谱上的某些特征波长处的吸光度的高低判别或测定该物质的含量，这就是分光光度定性和定量分析的基础。分光光度分析就是根据物质的吸收光谱研究物质的成分、结构和物质间相互作用的有效手段。 紫外可见分光光度法的定量分析基础是朗伯-比尔 (Lambert-Beer)定律。即物质在一定浓度的吸光度与它的吸收介质的厚度呈正比 2 应用 2.1 检定物质 根据吸收光谱图上的一些特征吸收，特别是最大吸收波长虽ax 和摩尔吸收系数是检定物质的常用物理参数。这在药物分析上就有着很广泛的应用。在国内外的药典中，已将众多的药物紫外吸收光谱的最大吸收波长和吸收系数载入其中，为药物分析提供了很好的手段。 2.2 与标准物及标准图谱对照 将分析样品和标准样品以相同浓度配制在同一溶剂中，在同一条

件下分别测定紫外可见吸收光谱。若两者是同一物质，则两者的光谱图应完全一致。如果没有标样，也可以和现成的标准谱图对照进行比较。这种方法要求仪器准确，精密度高，且测定条件要相同。 2.3 比较最大吸收波长吸收系数的一致性 2.4 纯度检验 2.5 推测化合物的分子结构 2.6 氢键强度的测定 实验证明，不同的极性溶剂产生氢键的强度也不同，这可以利用紫外光谱来判断化合物在不同溶剂中氢键强度，以确定选择哪一种溶剂。 2.7 络合物组成及稳定常数的测定 2.8 反应动力学研究 2.9 在有机分析中的应用 有机分析是一门研究有机化合物的分离、鉴别及组成结构测定的科学，它是在有机化学和分析化学的基础上发展起来的综合性学科。 原子吸收分光光度计工作原理

各种化学仪器的原理使用

化学专业学生必备：各种仪器分析的基本原理及谱图表示方法！！ 紫外吸收光谱 UV 分析原理：吸收紫外光能量，引起分子中电子能级的跃迁 谱图的表示方法：相对吸收光能量随吸收光波长的变化 提供的信息：吸收峰的位置、强度和形状，提供分子中不同电子结构的信息 荧光光谱法 FS 分析原理：被电磁辐射激发后，从最低单线激发态回到单线基态，发射荧光谱图的表示方法：发射的荧光能量随光波长的变化 提供的信息：荧光效率和寿命，提供分子中不同电子结构的信息

红外吸收光谱法 IR 分析原理：吸收红外光能量，引起具有偶极矩变化的分子的振动、转动能级跃迁 谱图的表示方法：相对透射光能量随透射光频率变化 提供的信息：峰的位置、强度和形状，提供功能团或化学键的特征振动频率拉曼光谱法 Ram 分析原理：吸收光能后，引起具有极化率变化的分子振动，产生拉曼散射谱图的表示方法：散射光能量随拉曼位移的变化 提供的信息：峰的位置、强度和形状，提供功能团或化学键的特征振动频率核磁共振波谱法 NMR 分析原理：在外磁场中，具有核磁矩的原子核，吸收射频能量，产生核自旋能级的跃迁 谱图的表示方法：吸收光能量随化学位移的变化 提供的信息：峰的化学位移、强度、裂分数和偶合常数，提供核的数目、所处化学环境和几何构型的信息 电子顺磁共振波谱法 ESR 分析原理：在外磁场中，分子中未成对电子吸收射频能量，产生电子自旋能级跃迁 谱图的表示方法：吸收光能量或微分能量随磁场强度变化 提供的信息：谱线位置、强度、裂分数目和超精细分裂常数，提供未成对电子密度、分子键特性及几何构型信息 质谱分析法 MS 分析原理：分子在真空中被电子轰击，形成离子，通过电磁场按不同m/e分离 谱图的表示方法：以棒图形式表示离子的相对峰度随m/e的变化 提供的信息：分子离子及碎片离子的质量数及其相对峰度，提供分子量，元素组成及结构的信息 气相色谱法 GC 分析原理：样品中各组分在流动相和固定相之间，由于分配系数不同而分离

布鲁克质谱说明书

300-MS and 320-MS Quadrupole Mass Spectrometer Hardware Operation Manual

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基本电工仪表的原理与使用

基本电工仪表的原理与使用 一、实验目的 （一）熟悉电压表、电流表、欧姆表的基本原理，组装简易万用表。 （二）学习校验电工仪表的基本方法。 （三）了解基本电工仪表的使用常识及其对被测电路的影响。 二、实验仪器设备 、 （一）简易万用表组装实验板 （二）直流稳压电源 （三）级标准直流电压表和直流电流表 （四）500型万用表 （五）滑线变阻器，标准电阻箱及电阻板 三、说明 （一）图为自装简易万用表原理图。其中K1、K2是两个机械

上联动的“单刀多投”旋转开关，搬动公共旋钮，动端（M、N ）可同时换位，以改变测量功能及量程。 图为简易万用表组装实验板的元件布置示意图。其中K1、K2被表达成平动式，可理解为动端M、N 两个箭头在上下两条组线上滑动，同步换位。在实际万表原理图中也经常采用这种方法表示旋转开关。 （二）图中，表头满偏电流I g=100A，表头内阻R g=。 … （三）待装万用表测量功能及量程如下： 电阻档：×1k量程[即表盘读数（）×1000]，标称中心阻值为15k。 直流电压档：2V和10V量程。 直流电流档：5mA和10mA量程。 —Rw R1 E R2 R3 R4R5 mA mA * +测量端2V 10V5mA 10mA N U U K2 Ω ×1K M K1 100uA 2.5K 图

~ [ * + 100A 1k 图

（四）质量指标： 电阻档中心阻值相对误差<10%。 … 直流电压、电流档各量程的准确等级不劣于级。 四、预习内容 （一）仔细阅读附录中有关500型万用表和晶体管直流压电源的使用说明，及本实验后的附录。 （二）阅读各项实验内容，看懂有关原理，明确实验目的。 （三）根据图电路，弄懂测量未知电阻R x的原理，写出能够说明测量原理的表达式。 （四）计算图电路中各电阻的阻值（设电池电压变化范围为~伏），并说明R w的作用是什么 （五）设图中电池电压为标称值时，为使表头指针正好指在中间，R w应等于多少表盘中心的阻值刻度数为多少（该值称为电阻档的标称中心阻值）。 （六）根据图画出图的联接图。 （七）设计实验五的原理图，并写出实验步骤。

常用电子仪器的原理与使用

实验一常用电子仪器的原理与使用 一、实验目的 1.了解电子示波器（DSO-X 2012 A）、函数信号发生器（TFG6920）等几种常用 电子仪器的原理、主要技术指标。 2.熟悉示波器状态的正确调节方法（包括触发源与触发方式、耦合方式、Y衰 减器与时基单元等），掌握示波器测量直流电压、波形的幅度、频率、相位差、时间间隔、脉冲波形的上升沿、下降沿等参数的方法。 3.掌握函数信号发生器的正确调整方法。包括：频率范围、频率微调、占空比、 直流偏置、输出衰减、输出幅度等的调节与用途。 4.结合常用电子仪器的使用，学习二端口网络主要参数（输入电阻、输出电阻、 增益、幅频特性等）的测量方法。 二、实验内容 1.示波器与函数信号发生器的应用 （1）观察示波器的校准信号 观测示波器上Demo 2信号。正确接入该信号，分别用自动定标方式和手动调节方式稳定该信号的波形。分别用光标测量和自动测量方式测量Demo 2的峰-峰值及频率，并将波形以8位BMP格式保存到U盘。 （2）用示波器测量函数信号发生器输出的正弦交流电压的幅度、周期（频率）调节函数信号发生器使CHA输出幅度为1VPP（峰峰值，下同），频率为10kHz 的正弦电压。记录示波器测得的峰峰值、有效值、周期和频率。 （3）测量不同频率下两正弦交流电压v i和v o的相位差 实验电路如图1.2所示。输入电压v i的峰峰值为2VPP，频率分别为10kHz和 20kHz，测量v i和v o的有效值与相位差。 （4）测量函数信号发生器输出的方波幅度、频率、占空比 调节函数信号发生器，令Amplitude显示值为2.5VPP；Frequency显示值为1kHz；

测振仪原理及使用方法

测振仪原理及使用方法 测振仪 测振仪也叫测震表振动分析仪或者测震笔，是利用石英晶体和人工极化陶瓷（PZT）的压电效应设计而成。当石英晶体或人工极化陶瓷受到机械应力作用时，其表面就产生电荷。采用压电式加速度传感器，把振动信号转换成电信号，通过对输入信号的处理分析，显示出振动的加速度、速度、位移值，并可用打印机打印出相应的测量值。本仪器的技术性能符合国际标准ISO2954及中国国国家标准GB/T13824中，对于振动烈度测量仪和GB13823.3中，正弦激励法振动标准的要求。它广泛地被应用于机械制造、电力、冶车辆等领域。 测振仪-测振原理 在的测振仪一般都采用压电式的，结构形式大致有二种：①压缩式；②剪切式，测振仪原理是利用石英晶体和人工极化陶瓷（PZT）的压电效应设计而成。当石英晶体或人工极化陶瓷受到机械应力作用时，其表面就产生电荷，所形成的电荷密度的大小与所施加的机械应力的大小成严格的线性关系。同时，所受的机械应力在敏感质量一定的情况下与加速度值成正比。在一定的条件下，压电晶体受力后产生的电荷与所感受的加速度值成正比。 产生的电荷经过电荷放大器及其它运算处理后输出就是我们所需要的数据了Q＝dij·F ＝dij·ma式中：Q-压电晶体输出的电荷，dij-压电晶体的二阶压电张量，m-加速度的敏感质量，a-所受的振动加速度值。测振仪压电加速度计承受单位振动加速度值输出电荷量的多少，称其电荷灵敏度，单位为pC/ms-2或pC/g（1g=9.8ms-2）。测振仪压电加速度计实质上相当于一个电荷源和一只电容器，通过等效电路简化以后，则可换算出加速度计的电压灵敏度为Sv=SQ/CaSv-，加速度计的电压灵敏度，mV/ms-2SQ-加速度计的电荷灵敏度， pC/ms-2Ca-加速度计的电容量测振仪压电式速度传感器，它是通过在压电式加速度传感器上加一个积分电路，通过将加速度信号积一次分，可以得到振动的速度值! 测振仪-主要功能 1.配有打印，可打印测量值； 2.具有存储功能：可存10个测量值。 3.具有欠电压指示功能； 4.具有日期设置功能。 测振仪-主要特点 1.工艺设计先进，具有功耗低、性能可靠、造型美观、使用携带极为方便的特点。 2.按国标制造，测量值与国际振动烈度标准(ISO2372)比对可直接判断设备运行状态。 3.高可靠性的环形剪切加速度传感器，性能远远优于压缩式传感器。 4.具有高低频分档功能，在振动测量时，便于识别设备故障类型。 5.备有信号输入功能，配接温度传感器，即可测量温度。 6.备有信号输出功能，选配专用耳机，兼具设备听诊器功能；配接示波器、可用来监测、记录振动信息。 7.按振动传感器与主机的连接方式分为一体式和分体式供您选择。 8.适用于各类机械的振动、温度测量。 测振仪-使用方法 1.测振表测点选择：利用测振表，对主要设备的轴承及轴向端点进行测试，并配有现场检